04 b sedimanter kayaçlar

SEDİMANTER KAYAÇLAR

Bu sunu Yrd.Doç.Dr. T. Fikret SEZEN’in sunularından değiştirilerek hazırlanmıştır

KAYAÇTÜRÜ GRUPLARI

Magmatik kayaçlar: Granit, diyabaz, bazalt,

tüf, aglomera ….

Çökel (Sedimenter/Tortul) kayaçlar: Kireçtaşı,

kumtaşı, kiltaşı, jips, çört …

Metamorfik kayaçlar: Gnays, şist,

metavolkanit, fillit, hornfels, mermer …

KAYAÇ ÇEVRİMİ

Bozunma-ayrışma ve aşınma (erozyon) sedimanter kayaç oluşumunun ilk evreleridir. Daha sonraki evrede akarsu, rüzgar, dalgalar ve buzul hareketleri gibi erozyonal elemanlar, çözelti ve kırıntıları yeni bir ortama taşırlar ve çökeltirler.

Erozyon ve sediman taşınması

Menderesli akarsu

Erozyon ve rüzgar ile sediman taşınması

Erozyon ve buzul ile sediman taşınması

Erozyon ve dalgalar ile sediman taşınması

Sedimanter kayaç

oluşum evreleri

Genellikle kırıntılar, taşınma aşamasında

daha da parçalanırlar; küçük parçalara

ayrılarak yuvarlaklaşırlar. Taşınan

malzemenin aşağılarda depolanması

olayına kısaca “sedimantasyon” ve çökelen

malzemeye de “sediman” (çökel, tortu)

denir. Bir taşınma havzasına taşınanan

sedimanlar, burada “kayaçlaşma”

(lithifikasyon) işleminden sonra katı

sedimanter kayaca dönüşür. Kayaçlaşma

işleminde, gevşek çökellerin tıkızlaşması

(kompaktlaşma) ve çimentolanması

(cementation) işlemleri rol oynar.

Çakıl boyutlu sedimanlar

Kum boyutlu sedimanlar

Çökelme Ortamları Denizel (derin denizel, sığ denizel v.s.) ortam

Geçiş (lagün, delta, plaj, gelgit düzlüğü) ortamı

Karasal (akarsu yatakları, göl, çöl, buzul) ortam

Örneğin, kırıntılı çökeller, çölde kum tepeciklerini, bataklık ortamında taban çamurlarını, akarsu yataklarında çakılları, kumları oluşturabilir. Çökel birikintilerinin alt kesimlerinde zamanla tıkızlaşma oluşur. Uzun zaman içerisinde, sediman kırıntıları arasındaki boşluklar, çözülü haldeki minerallerin oralara çökelmesi ile birlikte, çimentolanmaya başlar. Böylece katı, pekişmiş sedimanter kayaç oluşmaya başlamış olur.

Çimentolanma

Çökelme ortamları

Denizel çökelme ortamları

Denizel lagün (atol) ortamı

Sığ denizel ortamda algler

Geçiş ortamı, delta

Geçiş ortamı, plaj

Geçiş ortamı, gelgit düzlüğü

Karasal çökelme ortam, akarsu, taşkın düzlüğü

Menderesli akarsu, oxbow lake

Akarsuyun taşıma gücü

Karasal çökelme ortamı, göl

Karasal çökelme ortamı, baraj gölü

Karasal çökelme ortamı, bataklık

Karasal çökelme ortamı, çöl

Karasal çökelme ortamı,

alüvyal yelpaze ve playa gölü

Playa: çöllük alanların iç kesimleri ile kurak ve yarı kurak bölgelerde kıyılara bitişik alanlarda rastlanan ve periyodik olarak dolan suların yavaş

yavaş dibe süzülmesi ya da buharlaşması sonucunda ortaya çıkan tuz, kum ve çamurla örtülü, düz zeminli çöküntü

Karasal çökelme ortamı, çöl. Playa gölü

Karasal çökelme ortamı, buzul

Karasal çökelme ortamı, vadi buzulları

Buzul aşındırma izleri

Buzul sedimanları, morenler

Buzul sedimanları, tillit

Tiilit: Çimentolanmış buzul sedimanları

Buzul sedimanı, erratik (taşınmış=ortama yabancı) blok

Yerbilimciler, yerkabuğunun 16 km.’lik üst bölümünün, yaklaşık %

5’lik bir kısmının sedimanter kayaçlardan oluştuğunu hesaplamışlardır.

Ancak, alansal dağılım açısından yer yüzeyinin yaklaşık % 75’lik bir kısmı

sedimanter kayaçlarla örtülüdür.

YÜZEYDE KABUKTA

Sedimentary : Tortul

Igneous: Magmatik

Rock: Kayaç

Sedimanter kayaçların doğaları gereği; onlar, eski ortamların ve

olayların göstergesidirler. Sediman parçacıkları, taşınma sırasındaki

karmaşık mekanizmaların ipuçlarını, depolandıkları ortamda muhafaza

ederler. Sedimanter kayaçların içerdikleri fosiller, jeolojik geçmiş ile ilgili

çalışmalarda kullanılan vazgeçilmez veri elemanlarıdır. Bu gibi nedenlerle,

sedimanter kayaçlar, yerin tarihi ile ilgili ayrıntılı çalışmalara en büyük

yardımcı bilgileri sunan kayaç grubudur.

Pek çok sedimanter kayaç, ekonomik anlamda da çok önemlidirler.

Dünya elektrik enerjisinin önemli bir kısmını sağlayan kömürler,

sedimanter kayaçtır.

Enerji kaynaklarından petrol ve doğal gaz da sedimanter

kayaçlarla ilişikli oluşuklardır.

Demir, alüminyum, manganez ve gübre gibi pek çok sanayi

maddesinin esas kaynağı da yine sedimanter kayaçlardan elde edilir.

Kaya tuzu, bir sedimanter kayaçtır

Sedimanter Kayaçların Sınıflaması

Sedimanlar, genel olarak iki esas şekilde

depolanırlar:

Katı parçacıklar halinde taşınıp depolanma.

Örnek: Kumtaşı ve konglomera.

Çözelti halinde kimyasal yollarla

malzemenin taşınıp çökeltilmesi.

Örnek: Kireçtaşı, çört ve kaya tuzu.

Ayrıca, organik materyalin bulunduğu yerde

depolanması ile oluşan kayaçlar da söz

konusudur.

Örnek: Resifler ve kömür gibi

Sedimanter Kayaçların Sınıflaması

Tortul kayaçları;

1- Kırıntılı (Detritik) tortul kayaçlar

2- Kimyasal tortul kayaçlar

3- Organik tortul kayaçlar

Olarak 3 grupta sınıflandırabiliriz.

Tortul kayaçlar, çökelim sonucu meydana gelen kayaçlar olmaları nedeniyle

genellikle, katmanlı olup fosil de içerirler

Detritik (kırıntılı = klastik) sedimanter kayaçlar Bunların sınıflama ve adlamaları, tane boyutlarına; tanelerin türlerine; tanelerin biçim; yuvarlaklık ve boylanma derecelerine; homojen veya heterojen oluşlarına ve taneleri bağlayan çimento maddesinin bileşimine göre yapılırlar. Bu gruptaki kayaçların bileşimine giren başlıca mineral ve kayaç türleri: Kuvars, kil mineralleri (serisit, illit, montmorillonit, kaolinit v.s.), metamorfik kayaç parçaları (sleyt, fillit, şist, metakumtaşı v.s.), feldispatlar (ortoklaz, plajiyoklaz v.s.), çört, mikalar (biyotit, muskovit v.s.), karbonatlar, ağır mineraller (magnetit, ilmenit, hematit, limonit, zirkon, turmalin, rutil, granat, apatit, stavrolit, epidot, hornblend v.s.)’dir.

Kırıntılı sedimanter kayaçların tane büyüklükleri, taşınma sırasındaki ortalama enerji büyüklüğü hakkında bir bilgi verir. Kil boyu parçacıkların taşınması için çok küçük bir enerjiye gerek varken; blok ve çakıl boyu malzemeyi taşımak için çok daha fazla enerjili bir taşıyıcı ajana gereksinim vardır. Bu yüzden genelde, küçük parçacıklar göllerin sakin sularında, lagün, bataklık ve sakin denizel ortamlarda birikirken; kum boyu malzeme, plaj ve düşük enerjili akarsu yataklarında; blok boyu malzeme de hızlı akan akarsu yataklarında gözlenebilir.

Detritik sedimanter kayaçlar, tane boyutunun artış sırasına göre başlıca; şeyl (silt ve kil boyu malzeme), kumtaşı (kum boyu malzeme) ve konglomera/breş ( çakıl boyu malzeme ) şeklinde sıralanırlar.

Tane boyu

Çakıl

İnce Çakıl

Kaba kum

Orta kum

İnce kum

Silt (mil)

Kil

Yuvarlaklık

Açılı (Köşeli) Yarı yuvarlak İyi yuvarlaklaşmış

Derecelenme

Kötü (zayıf) derecelenme

İyi) derecelenme

Tane ve Matriks

Tane

Matriks

Sediman türü

Sediman tane şekli

Taşınma mesafesi

Sediman tane boylanması

İyi boylanma Kötü boylanma

Heterojen konglomera

Heterojen dereceli tabakalar

Heterojen çapraz tabakalar

Kırıntılar arası çimento bileşimi

Şeyl

Bu kayaçlardaki taneler çok küçük olduklarından; tanelerin ne türden olduklarını anlamak; büyük büyütmeli mikroskop çalışması olmaksızın mümkün değildir. Bu nedenle, şeyl’ler ile ilgili çalışma ve analizler, diğer sedimanter kayaçlara göre daha zordur.

Bazen kayacın kimyasal bileşimi, paleo ortam ve oluşum şartları ile ilgili fazladan bilgi verebilir. Örneğin, “siyah şeyl”in rengi içerdiği bol organik malzemeye (karbon bileşimli) bağlı bir özelliktir. Bataklık gibi oksijen bakımından fakir bir ortamda oluşan çökelmeyi işaret eden böyle bir kayaçtaki organik malzeme, okside olamaz; çürümeden korunur

Kil ve silt tortulları, “lamina” denilen ince tabakalar oluştururlar. İlk başta laminalar içerisindeki taneler, gelişigüzel şekilde yönlenirler, dizilirler. Bu düzensiz tane dağılımı nedeniyle taneler arası gözenekler, boşluklar, tortulun hacminde büyük oranda yer alırlar; bu gözenekler su ile doludur. Ancak, zamanla üste ilave olan yeni sediman kütleleri, alttaki gözenekli sedimanları tıkızlaştırır. Bu aşamada silt ve kil parçacıkları, biraz daha paralel dizilirler, sıkı-geçirimsiz hale dönüşürler; gözenek hacimleri azalır. Sonuçta, gözenekler azalıp, geçirimsizlik artınca, bu çeşit kayaçlar içinde sularla çözülü halde taşınan malzeme, gözeneklerdeki boşlukları daha fazla dolduramaz. Bu nedenledir ki; bu çeşit kayaçlar, zayıf çimentolu, iyi kayaçlaşamamış bir durumdadırlar. Bu kayaçlar, yer altı suyunu, diğer çeşit kayaçlara göre iyi geçirmezler; geçirimsizdirler. Yine, petrol ve gaz oluşuklarını geçirmedikleri için ideal “kapan kayaç” oluştururlar.

Şeyl, tüm ince taneli sedimanter kayaçlarda kullanılan bir tanımlamadır. Eğer bu kayaçlar, ufalandıklarında, iri parça veya bloklara bölünebiliyorlar ise “çamurtaşı” (mudstone) tanımlaması kullanılır. Diğer ince taneli sedimanter bir kayaç da silttaşı (siltstone) dır. İnce silttaşı tabakaları içerisinde, çatlak, yarık gibi parçalanmalar görülmez. İsminden de anlaşılacağı gibi silttaşı, büyük oranda silt boyu tanelerden; şeyl ve çamurtaşına göre daha az miktarda kil boyu malzemeden oluşmuştur. Ayrıca, genel olarak kil boyu kırıntıların oluşturduğu sedimanter kayaç ise kiltaşı adını alır.

Şeyl’ler, seramik, tuğla, kiremit hammaddesidirler. Bundan başka, kireçtaşı ile karıştırılıp “portland çimentosu” üretiminde kullanılırlar. Gelecekte, “bitümlü şeyl” (oil shale) olarak adlanan şeyl türü, enerji kaynağı olarak değer kazanabilecektir.

Şeyl

Şeyl, tüm ince taneli sedimanter kayaçlarda kullanılan bir tanımlamadır. Eğer bu kayaçlar, ufalandıklarında, iri parça veya bloklara bölünebiliyorlar ise “çamurtaşı” (mudstone) tanımlaması kullanılır. Diğer ince taneli sedimanter bir kayaç da silttaşı (siltstone) dır. İsminden de anlaşılacağı gibi silttaşı, büyük oranda silt boyu tanelerden; şeyl ve çamurtaşına göre daha az miktarda kil boyu malzemeden oluşmuştur. Ayrıca, genel olarak kil boyu kırıntıların oluşturduğu sedimanter kayaç ise kiltaşı adını alır.

Şeyl tabakaları

Şeyl

Bitümlü şeyl

Kumtaşı Genelde kum boyu tanelerden oluşan, şeyl’den sonra yeryüzünde en bol bulunan sedimanter kayaçtır. Tüm sedimanter kayaçların, yaklaşık % 20 sini oluştururlar. Kumtaşları, farklı pek çok çökelme ortamında oluşabilirler. Şeyllerin aksine, kumtaşları, genelde orijinleri hakkında ipuçları verirler. Bu ipuçları “boylanma“, “tane şekli“ (köşelilik ve yuvarlaklık) ve ”bileşim”leri ile ilgilidir.

Boylanma, kayaç içindeki tane boylarının benzerliği ile ilgili bir ölçüttür. Örneğin: Bir kumtaşının taneleri, yaklaşık aynı büyüklükte iseler, kum “iyi boylanmış“ tır. Eğer, tersi söz konusu ise kayaç, büyüklü küçüklü boyutlardaki tanelerden oluşuyorsa o zaman, “kötü boylanmış“tır denir.

Kumların tane şekli, o kumtaşının jeolojik tarihçesi ile ilgili bilgileri deşifre etmemize yardımcı olur. Akıntı, rüzgar veya dalga hareketleri ile taşınan kum ve diğer sediman parçacıkları, taşınma sırasında, bir diğer parçacık ile hızla çarpışa çarpışa, köşe, kenar veya keskin yüzleri aşınır; yuvarlaklaşmaya başlar. Böylece, “iyi yuvarlaklaşmış“ taneler oluşur. Hava ve su ile taşınan sedimanlardaki tanelerin yuvarlaklaşma dereceleri, taşınma mesafesi ve taşınma süresini gösterir. Çok yuvarlaklaşmış taneler, uzun mesafeli ve uzun süreli taşınmadan dolayı, büyük orandaki aşınmayı gösterirler. Diğer taraftan çok köşeli taneler, malzemenin çok kısa mesafede taşınıp çökeldiğini gösterir. Ayrıca, buzul hareketi ile çökelen partiküller daha düzensiz şekiller oluştururlar. Çünkü, buzulun hareketi ile kırılır, parçalanır, öğütülür ve yüzeyleri cilalanır. Buzulun taşıdığı kırıntılar (till), tillit adı verilen kırıntılı sedimanter kayaçları oluşturur; bunlardaki boylanma çok kötüdür

Ek olarak; yuvarlaklaşma derecesi ve boylanma miktarı, türbülanslı hava ve su akıntıları ile taşınma mesafesi ile ilişkili olduğu gibi; parçacıkların mineralojik bileşimine de bağlıdır. Örneğin, kuvars, çok dayanıklı bir malzemedir. Bu nedenle kuvars, tüm kumtaşlarında en fazla bulunan mineraldir.

Kumtaşı tabakaları

Kayaç, genelde kuvars bileşimli ise buna “kuvars kumtaşı“ adı verilir.

Kumtaşı, eğer önemli miktarda feldispat minerallerinden oluşmuş ise “arkoz“adını alır. Arkoz, feldispatlara ilave olarak kuvars, mika pulları da içeriyorsa, bu durum, onun, granitik kayaçların erozyonu ile oluştuğu fikrini akla getirir.

Kumtaşlarının üçüncü bir çeşidi de “grovak“ tır. Grovak, kuvars ve feldispat mineralleri ile birlikte bol miktarda kayaç parçaları ve kil içeren koyu renkli bir kayaçtır. Kötü boylanma ve köşeli taneler ile karakteristik olan grovak; tanelerin kaynak bölgeden kısa mesafede taşınması ile hızlı şekilde çökelme ortamında çökeldikleri fikrini vermektedir.

Kumtaşı

Kuvars kumtaşı

Konglomera ve breş

Konglomera, büyük oranda çakıllardan oluşur. İçerisindeki parçalar, iri blok ile bezelye tanesi boyutları arasında büyüklüklere sahiptirler. Kayacı oluşturan parçalar, bakıldığında, genel olarak farklı kökenli kayaç çeşitlerinin tanınabildiği yeterli büyüklüktedirler. Böylece, kaynak bölgenin tanınmasında; kırıntıların hangi tür kayaçlardan taşındıkları konusunda bu parçalar değerlendirilirler. Genelde, konglomeralar kötü boylanmalıdırlar; çünkü, büyük çakıllar arasındaki boşluklar, kum veya çamur ile doldurulurlar.

Çakılların biriktikleri ortamların, dik yamaç veya çok türbülanslı akıntılarla ilişkili oldukları söylenebilir. Bir konglomeradaki kaba taneler, dağlık kesimlerdeki enerjileri yüksek akarsuları veya çok hızlı aşınan alanların kıyı kesimlerini işaret edebilirler. Bazı buzul ve heyelan çökelleri de bol olarak çakıl içerirler.

Eğer, büyük parçaların çoğu köşeli ise bu parçalardan oluşan kayaca “breş“ adı verilir. Bu köşeli parçalar aşındıktan sonra, kaynak bölgeden çok fazla uzaklaşmadan çökelmişlerdir. Konglomera ve breşe ait tanelerin boyutları, bunları taşıyan akıntının gücü hakkında bilgi veririler. Ayrıca, tanelerin yuvarlaklığı da, bunların ne kadar uzağa taşındıklarını gösterir. Parçaların cinslerinin bilinmesi de kaynak kayaç hakkında bilgi verir.

Konglomera ve kumtaşı ardalanması

Konglomera

Breş

Kimyasal (klastik olmayan) sedimanter kayaçlar

Bu kayaçları oluşturan sedimanlar, çözülü

halde göl ve denizlere taşınırlar; çökelirler.

Bunlar, kireçtaşı, çört, kaya tuzu gibi

kayaçları oluştururlar. Bu malzemenin

çökelmesi iki yolla oluşur: Buharlaşma ve

kimyasal aktivite. Bu iki olayda da

“inorganik işlemler“ kimyasal sedimanları

oluşturur. Suda yaşayan organizmaların

organik işlemlerle kimyasal sedimanları

oluşturması da biyokimyasal yöntemlerle

gerçekleşir.

Kireçtaşı

Yeryüzündeki tüm sedimanter kayaçların % 10’unu oluşturan kireçtaşları, en bol gözlenen kimyasal sedimanter kayaçlardır. Kalsit (CaCO3) minerallerinden oluşan kireçtaşları, hem inorganik hem de biyokimyasal işlemlerle oluşabilirler. Bu kayaçların orijinlerini dikkate almazsak, mineral bileşimleri hepsinde benzerdir. Biyokimyasal yollarla oluşan mercan resifleri, koguina, tebeşir gibi kayaçlarla; inorganik yollarla oluşan traverten, oolitik kireçtaşı gibi kayaçlar hep kalsit’ten oluşmaktadırlar.

Tebeşir kireçtaşı

Mikritik kireçtaşı

Fosilli kireçtaşı

Kokina kireçtaşı

Traverten kireçtaşı

Dolomit

Kireçtaşına çok benzer; kalsiyum-

magnezyum karbonat CaMg(CO3)2

minerallerinden oluşur. Dolomit, deniz

suyundan doğrudan çökelerek oluşabildiği

gibi; deniz suyundaki magnezyumun,

kireçtaşları içindeki kalsiyum ile yer

değiştirmesi ile de (ramplasman)

oluşabileceği düşünülmektedir. İkinci

olasılık daha akılcıdır. Çünkü, pratikte,

birinci olasılıktaki gibi güncel dolomit

oluşumu, doğada gözlenmemiştir.

Dolomit

Çört

Mikrokristalin silis (SiO2) ten oluşan çok sert bir kayaçtır. En iyi bilinen biçimi çakmaktaşı (flintstone) dır.

Organik materyal içerdiğinde, koyu renk alır. Jasper adı verilen türü demir oksit içerdiğinden kırmızı bir renkte gözlenir. Bantlı yapıda oluşumları agat (agate) olarak bilinir.

Çört yumruları

Çört - flint (çakmaktaşı)

Çört - jasper

Çört - agate

Evaporitler

Bu yol ile halit (NaCl), jips (CaSO4.2H2O)

gibi mineraller çökelir.

Sulu bir ortamda çözülü halde bulunan

materyal, suyun buharlaşması veya çözelti

konsantrasyonunun artması ile çökelir. Bu

olaya evaporasyon (buharlaşma) denir.

Tuz katmanları

Jips

Demirli kayaçlar

Ortalama değerin üzerinde demir içerirler.

Demir sülfürlü (pirit, kalkopirit), demir

karbonatlı (siderit FeCO3), demir oksitli

(hematit, manyetit, limonit) çeşitleri vardır.

Demir, karbonatlı, siderit bantları

Demir, hidroksitli, limonit

Fosfatlı kayaçlar

Yerkabuğundaki fosfat bir döngü ile bitki ve

hayvan bünyesine alınır. Canlı ölünce,

fosfat tekrar geriye döner. “Guano“, kuş

dışkılarının birikimi ile; “kaprolit“, memeli

hayvanlar ve sürüngenlerin fosilleşen

dışkılarından oluşabildiği gibi, fosfat;

magmatik kayaçlarda “apatit“ minerali

şeklinde de gözlenir. Bu kayaçların hepsine

genel olarak “fosforit“ denir.

Fosfatlı kayaç

Organik yanıcı kayaçlar

Bitki ve hayvan kalıntılarının özel koşullarda çürümesi ile oluşurlar. Bu organik kalıntılar, oksijeni bol ortamda değişime uğrar; CO2 ve H2O oluşur. Bu olay, organik kalıntıların hava ile temasta olduğu sürece devam eder. Su altında veya toprak örtüsü altında, CO2 ve H2O’nun atılmaları; karbon (C) zenginleşmesi şeklinde gelişir. Aynı zamanda, artan sıcaklık ve basınca bağlı olarak, C oranı da artar. Sonuçta, “turba“ (%55 karbon) dan, antrasit (% 95 karbon)’e doğru kömürler gelişir.

Ayrıca, ilkel petrol olan “sapropelli oluşuklar“, oksijensiz sığ suda canlı organizmaların anaerobik bakteriler (serbest oksijen olmayan ortamlarda yaşayabilen) etkisiyle çürümeleri sonucu oluşur.

Organik yanıcı kayaç, kömür damarları

Kömür, turba

Kömür, linyit

Kömür, taşkömürü

Kömür, antrasit

Artık (bakiye) sedimanter oluşuklar

Bunlar, ana kayacın kısmen bozunması-

ayrışması ile kayaç üzerinde oluşan örtü

şeklindeki malzemedir. “Toprak” ve “kil” bu

oluşumlara örnektir. Alüminyum cevherinin

elde edildiği “boksit” oluşumu, laterit cinsi

toprak oluşumları ile ilişkilidir.

Toprak ve kil

Sedimantasyon Süreçleri Sedimantasyon ve çökelme süreçleri sonucunda, bir

çökelme ortamına taşınan malzemeden, sedimanter bir

kayaç oluşur. Bu süreçler sırası ile:

Ana kayacın bozunması-ayrışması (weathering)

Kırıntı ve çözeltilerin taşınması (transportation)

Malzemenin depolanması (deposition)

Sedimanların kayaç haline dönüşmesi (diagenesis)

Sıkışma-tıkızlaşma (compaction)

Çimentolanma (cementation)

Yeniden kristallenme (recrystallization)

Minerallerin birbirinin yerini alması (replacement)

Yeni kristallerin doğuşu (otijenez)

Mineral değişimi (transformation)

B İ T T İ